錨桿框格梁施工在南水北調工程膨脹巖處理中的應用

李朗聆

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 引言

南水北調中線一期工程總干渠沿線涉及到膨脹（巖）土問題的渠段較長，涉及范圍廣、條件復雜，任何局部的邊坡失穩、襯砌結構的破壞都將可能影響渠道正常輸水。安陽段是南水北調中線一期工程總干渠Ⅳ渠段（黃河北～漳河南段）的組成部分，位于該渠段的末端。全渠段總長40.262km，其中設計樁號 AY31+780～AY33+130，AY33+580～AY33+780，AY34+215～AY34+946段，渠道以半挖半填為主，底部為強膨脹的粘土巖，上部有黃土狀中壤土及卵石覆蓋。前期設計處理方案為換填2.5m厚粘性土，為確保膨脹巖渠段的施工質量，后期新增加了土錨桿+混凝土框格梁的加固措施。

2 錨桿框格梁結構設計特點

框格梁采用C20鋼筋混凝土，設置在換填粘土內部，梁上頂面與換填粘性土上頂面相平，框格梁縱、橫斷面尺寸均為0.3m×0.5m（寬×高），縱橫梁間距均為2.0m，沿水流方向,每16m為一單元。橫梁沿渠坡設置垂直高度為4.5m,渠底沿坡腳向中心線設置4.0m。每一縱向梁與橫向梁交叉點設置一根土錨桿,方向垂直于換填面。土錨桿采用Φ28二級鋼筋、長9m、設計孔徑60mm。

3 錨桿框格梁施工的技術難點

根據渠道斷面設計，一級馬道下邊坡為1:2～1:3，邊坡施工鉆機固定難度大，且施工工期緊，同時框格梁錨桿加固在安陽段是第一次實施，可供借鑒的經驗不多，施工方法及工藝需要摸索。

相較于其他支護形式，錨桿是一種主動支護體，即潛在滑移土體尚未產生變形時即作用于該土體，對減少滑移土體變形起到至關重要的作用。因此，錨桿施工質量顯得尤為重要。錨桿施工根據其工藝流程可分為成孔、錨桿制作及安裝、注漿、框格梁開挖、鋼筋混凝土施工等環節，下面主要針對該幾個環節在施工中遇到的難點進行討論，并根據施工實踐對各難點提出相應對策。

3.1 錨桿成孔

目前國內應用最廣泛的錨桿成孔工藝為潛孔鉆成孔（干作業法）、回轉鉆成孔（濕作業法），前者適用于無水的風化巖、殘積土層成孔，后者適合于各類土層中成孔。本工程采用潛孔鉆成孔法。

在鉆孔過程中應根據地質情況控制進尺速度，對回填壓實土層、卵石層和砂層則應采用慢轉速慢鉆進；當由硬地層鉆到軟地層時,可適當加快鉆進速度；當軟地層變為硬地層時,要減速慢進，避免卡鉆及損壞鉆桿；在易縮徑的地層中,應適當增加掃孔次數,防止縮徑。

3.2 卡鉆

對于潛孔鉆卡鉆的原因主要有兩個方面：一是圍巖裂隙發育、巖體破碎，成孔過程中碎巖塊塌落；二是風化巖中含較多大粒徑的石英砂礫，空壓機送風難以將碎屑吹出導致碎屑堆積。

當設計錨桿長度較大時，鉆桿由于接長在自重作用下本身產生一定撓曲，這種撓曲非常容易導致埋鉆。

卡鉆可導致鉆機動力設備停機，由于處理煩瑣，大幅降低工效，處理不及時還有可能導致整套鉆具被埋置無法取出，造成較大的經濟損失，技術上還因為埋置鉆具的障礙，導致該處錨桿無法按設計孔位施鉆。

潛孔鉆在通過破碎基巖時，鉆進速度宜慢，每鉆進30cm～50cm即拔管后退，多次反復清理孔壁，使孔壁圍巖趨于穩定。另采用大功率空壓機，使孔內保持較大風量及風壓，利于巖屑的清除，防止渣土的堆積。

3.3 錨桿制作安裝

錨桿對中支架應根據桿材選用，在錨桿上每隔2m焊接一個，對中支架直徑比成孔直徑小4cm～6cm，對中支架安裝應牢固不易脫落，以確保注漿時桿材為漿體包裹。入孔時錨桿角度與鉆孔傾角保持一致，不得任意扭轉桿體，使安好后的桿體始終處于鉆孔中心。錨桿上部60cm(包括15cm彎鉤)由于處于框格梁混凝土中，注漿前采用膠帶纏繞保護，待框格梁開挖成型澆筑混凝土前清除干凈，有效保護鋼筋不受損壞。

3.4 錨桿注漿及拉拔

注漿效果直接影響到錨桿的抗拔力。施工中注漿的控制要點為漿體水灰比，注漿壓力及注漿飽滿度。砂漿配合比的主要參數通過工藝試驗確定。

按照《水利水電工程錨噴支護技術規范》(SL 377-2007)5.2.1第2條要求，灰：砂=1∶1～1∶2，灰∶水 =1∶0.38～1∶0.45間選取。水泥砂漿配合比以《水工混凝土試驗規程》（SL352-2006）附錄B水工砂漿配合比設計方法，按照水灰比0.45，灰砂比1∶1.3、1∶1.54、1∶1.69系列配合比進行了試驗，錨桿砂漿試驗配合比詳見表1。

表1 錨桿砂漿試驗施工配合比（水灰比0.45）

表2 錨桿砂漿試驗配合比（水灰比0.45）的施工性能參數

錨桿砂漿試驗配合比（水灰比0.45）的施工性能參數見表2。

錨桿砂漿的齡期均大于9天后進行錨桿拉拔力試驗，7天水泥錨桿砂漿（同條件養護）的強度均大于設計強度0.9倍，即22.5MPa，拉拔時的瞬時最大拉拔力在137kN～140kN之間，滿足設計要求。為了監測錨桿位移，使用DS32自動安平水準儀測量，經測量錨桿頂部在未卸壓五分鐘的垂直位移量與90kN時的垂直位移量相比，均為0mm，試驗的位移量均滿足有關要求。因此，從便于施工滿足可灌性保水性指標要求考慮，使用水灰比0.45不變，灰砂比為1:1.5的配合比。

3.5 框格梁施工

框格梁基礎開挖均為回填粘土，為保證設計尺寸的準確性，需采用人工進行開挖，設計梁垂直于坡面。施工人員必須站在梁內進行洋鎬開鑿和鐵锨修面才能施工，且縱梁上部形成倒坡，易懸空坍塌，開挖完成后應及時進行鋼筋綁扎及混凝土澆筑，防止雨水造成開挖成型溝槽坍塌。

由于框格梁采用地膜，因此在綁扎鋼筋時需注意鋼筋對地膜的破壞。且需采用與混凝土同標號的混凝土保護層墊塊把鋼筋固定在地膜中。在鋼筋安裝完畢后，為防止邊坡框格梁澆筑時淤堵總干渠縱向集水暗管，需在集水暗管穿框格梁處預埋管徑200mm的UPVC管，集水暗管從UPVC管內穿過。

混凝土澆筑采用鐵皮溜槽，人工配合入倉。澆筑混凝土前，從馬道路面邊緣搭設鐵皮溜槽至坡面中部，設計為活接頭，人工縱向移動以覆蓋更多的倉面，局部覆蓋不到部位用人工填補。

4 結語

土層錨桿支護體系經大量的工程實踐檢驗，證明其是安全可靠的。南水北調中線安陽段膨脹巖加固處理錨桿施工中，通過創新加工及工藝試驗，得到了指導施工的正確參數和成熟的施工方法及工藝流程，提高了施工效率，降低了施工成本。通過在實踐中不斷總結經驗，改良工藝，錨桿框格梁施工在安陽段膨脹巖加固處理中已大規模展開施工，各項技術成熟穩定，完成的工程質量均滿足要求。陜西水利

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